油气田加热炉提高热效率对策分析.pdf

-⋯ ⋯ ⋯ h 油气田加热炉提高热效率对策分析 马建 国 蒲 明 1 ． 中国石油勘探与生产分公司； 2 ． 中国石油规划总院 摘要 数量众多且长期低效 的加热炉是油气田企 业重要 的耗能设备 。油气生产特点、运行 管理等 因素制约 了油气田加热炉热效率的提 高。通过科学分析制约油气田加热炉热效率的主要 因素 ，在设计选型 、管理维护、技术改造等方面提 出了提 高加热炉热效率的相应对策 。 关键 词 油 气 田 加 热 炉 热 效率 节 能 D 0 I 1 0． 3 9 6 9 ／ J ． i S S F I ． 2 0 9 5 1 4 9 3． 2 0 1 3 ． 0 0 1 ． 0 0 2 上游 业务 能耗 占中 国石 油 能耗 总量 的 3 1 ％ ，是 中国石油节能降耗的重点环节。因此 ，客观认识上 游 业 务 的 生 产 特 点 、科 学 评 价 油 气 生 产 的 操 作 难 点 ，努力突破 自身束缚 ，是实现节能降耗的重要基 础。加热炉能耗 占上游业务总能耗 的2 3 ％，是油气 田企业重要耗能设备之一。如何有效提高加热炉热 效率 ，降低燃料消耗 、提 高能源利用率显得尤 为 重要 。 1 油气 田加热炉概 况 油 气 田加 热炉 主要 用 于油 气 田的井 场 、中转 站 和联合站 ，用火焰加热含水原油 、天然气 、水等混 合介质 ，以满足降黏输送和油水分离等工艺技术的 要 求 。 目前 ，油 气 田加 热 炉 燃 料 类 型 主 要 以燃 气 为 主 ，兼有油气混烧 燃煤炉较少 。常见加热炉结 构型 式有 管式 加热 炉 、水 套炉 、火 筒 式直 接加 热 炉 、相 变 加 热 炉 、有 机 热 载 体 式 加 热 炉 热 媒 炉 、超 导 式 加 热 炉 等 6 种 。燃 料 在 加 热 炉 辐 射 室 炉 膛 中燃 烧 ，产 生高 温 烟气 6 0 0～7 5 0 并 作 为热 载体 流 向对 流室 ，从 烟 囱排 出 。被加 热 的介 质在炉管 内以对流方式从高温烟气 中获得热量。 通过大量监测数据分析表明，热负荷 、排烟温 度 和空 气 系数对 热 效率 的影 响最 为 明显 ，炉 体 表面 温度 对 加热 炉热效 率影 响最 小 。 1 合理匹配加 热炉负荷率尤为重要 。当加热 炉 负 荷 过 高 时 ，较 高 的排 烟 温 度 增 加 了排 烟 热 损 第一作者简介马建国，高级工程师 ，2 0 0 1 年毕业于西南石油学院 油 气储运专业 ，硕士学位 ，从事油气集输储运规划 、设计 ，能源管理 工作 ，E ～ ma il 地址 北京市东城区东直门北大街 9 号 ，1 0 0 0 0 7 。 8 1 w w ．s y s h j n ．c 。 m 失 ；负荷过低时 ，过低排烟温度易造成炉体腐蚀 ， 进而增加相对散热损失。 2 排 烟温度和空气系数越高 的加热炉 ，热效 率越低 ；而排烟温度和空气系数较低的加热炉 ，热 效 率较 高 。 3 表 面温度超标严重的加热炉 ，经 由炉体发 生的散热损失会增加 负荷在低于 3 0 ％时会有明显 影响 。 截 至 2 0 1 1 年 ，油 气 田在 用加 热 炉 超过 2 ． 2 X 1 0 台 。加热 炉 具有 分布 零散 边 远 、超期 服 役 明显 、总 体功率偏小 等特点 6 0 ％分布在边 远的野外井场 、 在 役 1 0 年 以上 的 占 3 6 ％ 、功 率 低 于 1 ． 2 5 M W 的 占 8 6 ％ 。 2 油气田加 热炉 当前水平 “ 十一 五 ” 以来 ，我们 通 过 老 油 田改 造 、隐患 治理 、节能专项等资金渠道 ，对加热炉进行 了一定 程度的更新改造和调整优化 ，使得加热炉整体利用 水 平 有 了一 定 提 高 。截 至 2 0 1 1 年 ，上 游 业 务 加 热 炉 的新度 系 数为 0 ． 4 5 。 2 0 1 1 年 ，经 中国石 油股 份公 司油 田节 能监 测 中 心抽测 ，上游业务加热炉平均热效率为 8 0 ％ 最高 为 9 2 ． 8 ％ ，平均热效率较 “ 十一五”末提高 了9 ． 8 个 百分 点 ，见表 1 。 表 1 油 气 田 加 热 炉 2 0 0 5年 与 2 0 1 1 年 监 测 指 标 对 比表 3 影 响热效 率的 因素 由于油气 田加热炉以确保地层油气混合流体从 井 口输送到联合站进行油气分离为 中心任务 ，油气 生产 特点 从 客观 上就 制 约 了加 热 炉热 效率 的提 高 。 3 ． 1 油 气生 产特 性 1 高 含 水 油 气 混 合 物 对 金 属 炉 管 的 腐 蚀性 使 得 高 效直 接 炉选 择 受 限 ，井 口加 热 炉一 般 采用 间 接 加 热 的管 式 炉 很 少 采用 高效 直 接炉 。 2 低 品 位 油 藏 开 发 成 为 主 力后 的 多 井低 产 局 面将 井 口加 热 炉选 择 只能 局 限于 低 容量 的 加热 炉选 型范 围 内。 3 油 气 处 理 规模 在 前 期设 计 阶段 必 须兼 顾 后 期产能上升和接替等因素 ，由此造成 中转站 、联合 站 等 站场 加 热 炉容 量选 择 偏大 ，油 田后 期产 量 递减 和采 用大 站 预脱 水 等措 施 更加 剧 了加 热 炉低 负 荷运 行 的普 遍 性 。 3 ． 2生产 维 护特 点 1 受限于低成本的运行和投资规模控制 ，仅使 用 1 5 年以上的超期服役加热炉占总数的 1 7 ． 2 ％。油气 田加热 炉 更新 力度 远远 达不 到 老 旧超期 的速度 。 2 油气 田众多加热 炉分布在地处边远 的荒郊 野外 超过 1 ． 31 0 台位于野外井场 。使得维护管 理 不能 及 时有 效 。 3 由于众多低容量 井 口炉本体价值低 ，同时 出于恶劣气候和防盗等原因使得烟气监测分析等 自 动 化仪 器 不值 得配 套应 用 。 4主要对策建议 加 热炉热 效率提 高涉及到设 计制造 、标准选 型 、运 行 维护 、更 新 改造 等诸 多环 节 。 1 创 新设 计制 造 。 在 加 热炉设 计 制造 方 面应 着手 ◇ 研 究 低 容 量 高 效 加 热 炉 的创 新 技 术 和 制 造 工 艺 。 ◇ 积 极 探 索 适 用 非 标 产 品设 计 与 制 造 ， 可 选高 效 加热 炉规 格 。 蹲⋯⋯啪 _ ◇ 准确核 实站场热负荷 ，科学 厂配加热炉能 力 和需 求 之 间的关 系 。 ◇ 增 加 井 口加 热 炉 设 计 中 的可 选 规 格 ，使 得 加 热炉 能力 与需 求 尽量 匹配 。 ◇ 充 分 考 虑 油 气 田开 发 不 同 阶段 的需 求 ，适 当降低 单 台容 量 、合 理 设置 数 量 ，提高 运 行过 程 中 加 热炉 运行 的灵 活 度 。 ◇ 在设备选 型中 ，综 合权衡设备投资与节 能 降耗 的关 系 ，推 荐选 用 高效 加热 炉 。 3 规 范设备 管 理 。 在 设备 管理 方 面应从 以下几个 方 面开展 工作 ◇ 完 善 加 热 炉 管 理 制 度 。 以 加 热 炉 平 稳 高 效 运行 为 中心 ，合理 规 范加 热 炉管 理制 度 ，推 动分 级 分类 管 理 、细化 加热 炉操 作规 程 。 ◇ 淘 汰 低 效 高 耗 加 热 炉 。 尽 快 建 立 低 效 高 耗 设备更新淘汰制度 、努力提高设备新度系数 ，确保 加热 炉具 有合 理 的机 械性 能 。 ◇ 提 高 操 作 人 员 能 力 水 平 。 加 强 加 热 炉 操 作 人员 的技 能 培训 ，确 保加 热炉 安全 高效 运行 。 4 推广 节能 技术 。 在技术改造方面应继续坚持常规 监测分析 ，科 学评 价 加热 炉 提效 技术 ，进 一步 推广 应用 先 进适 用 的节 能 改造技 术 。 目前常 用 的加热 炉提 效技 术有 ◇ 采 用 真 空 相 变 加 热 炉 。 此类 加 热 炉 热 效 率 能够 达 到 9 0 ％左 右 。 ◇ 采 用 烟 火 管 可 抽 式 加 热 炉 。 比普 通 火 筒 炉 热效 率 高 5 ％左 右 。 ◇ 应 用 高 效 燃 烧 器 。 自动 控 制 系 统 与燃 料 空 气比例联锁调节控制 ，可提高燃烧效率 1 0 ％。 ◇ 应用 引射式辐射管 。使用 辐射 管后 ，排烟 温度平均下降2 0～3 0℃，热效率提高5 ％以上。 ◇ 应 用远红外涂层 。喷涂后 ，热效率可提高 3 ％ 以 上 。 ◇ 应用高效除防垢装置。单台节气率5 ％以上 。 增加 5 加热炉提效潜 力预测 2 优 化 匹配选 型 。 在 设 计 阶段 应该 从 以下 几 个方 面 提 高加 热 炉 的 热 效率 ◇ 简化优化集 输流程 ，优先选 用多井 串接工 艺 、减 少分 散 加热 点 。 ◇ 对 高 含 水 稀 油 区 块 尽 量 采 用 不 加 热 输 送 工 艺 、结合 关 停并 转 减 ，控制 加 热炉 数量 。 ◇ 通 过 优 化 设 计 规 范 ，合 理 设 置 加 热 炉 设 计 余量系数 ，严控过大的设计富余 。 以研 制 高效 炉 型 和集 成先 进技 术 为基 础 ，通 过 合理 的产 能预测 、精 准 的功 率 匹配 、细致 的维护 管 理和及时的淘汰更新 ，我们能够有效提高油气田加 热炉的整体热效率水平。 按照设备提效经验推算 ，目前油气 田在用加热 炉平均热效率为 8 0 ％，按照不 同热效率下提效所产 生的节能效果分别测算 若加热炉热效率整体提高 1 个 百 分 点 ，将 实 现 节 能 量 约 1 1 ． 91 0 t 标 准 煤 ， 相 当于节 约原 油 8 ． 41 0 t 。 f 收稿 日期 2 0 1 2 1 1 2 6 口 l j 年 第1 期 石 油 石 化 节 能l 9